CN101879069B - X射线计算机断层摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线计算机断层摄影装置，具备：具有单侧被支撑的床板的床、产生X射线的X射线产生部、检测透过了载置在床板上的被检体的X射线的X射线检测部、以旋转轴为中心旋转X射线产生部与X射线检测部的旋转机构、根据X射线检测部的输出重建与沿着旋转轴排列的多个体或多个切片分别对应的多个第1图像的重建处理部。基于多个第1图像，检测与由床板的弯曲而产生的多个第1图像分别对应的、重建处理部的重建坐标系内的被检体像的移动。分别基于检测出的移动，对每个体或切片移动重建坐标系的原点。在限定移动后的重建坐标系上，根据X射线检测部的输出重建与多个体或多个切片分别对应的、校正被检体像的移动后的多个第2图像。

Description

X射线计算机断层摄影装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2009年5月8日提交的在先的日本专利申请No.2009-113571并要求其优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及配备锥束形X射线产生部与区域检测部的能够进行体扫描(volume scan)的X射线计算机断层摄影装置。

背景技术

X射线计算机断层摄影装置上配备的床大多数采用单侧支撑载置被检体的床板的构造。该构造具有能够缩小设置空间，扩大做手术的人的操作区域的优越性，但是无法避免由于床板其自身的自重以及被检体的体重使床板向下方变形的所谓的“弯曲(flexure)”。

在以往的方法中，采用提高支撑床板的机构以及床板自身的刚度等在物理/机械上抑制床板的弯曲的对策方法。但是，在该对策方法中，在单侧支撑床板的构造上，即使可以减轻由于地球的重力而产生的床板的弯曲但对其也无法解除。

由此，在一边沿着例如X射线管等的旋转轴(Z轴：与被检体的体轴近似)改变位置一边反复体扫描时，在该Z轴上很长地合成的整体图像在其体扫描切换位置产生明显的级差，成为不连续的整体图像。

为了解决该问题，经常使用预先测定床板的位置与弯曲量之间的关系，并按照该关系移动图像位置的方法(日本特开2003-115407号公报、日本特开2007-159719号公报、日本特开2008-307497号公报)。这些解决方法具有需要预扫描(pre-scan)的问题。另外，移动图像的解决方法也具有因床板的弯曲量比像素间距(pixel pitch)短、或者床板的弯曲量不是像素间距的整数倍而不可以在本质上消除级差(不连续)的问题。

发明内容

本发明的目的在于：不需要预扫描而在本质上减轻由床板的弯曲而产生的图像的不连续性。

本发明的第一方面，提供一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于，包括：床，具有单侧被支撑的床板；X射线产生部，产生X射线；X射线检测部，检测透过了载置在床板上的被检体的X射线；旋转机构，以旋转轴为中心，旋转X射线产生部与X射线检测部；重建处理部，根据X射线检测部的输出重建与沿着旋转轴排列的多个体或多个切片分别对应的多个第1图像。基于多个第1图像，检测与由床板的弯曲而产生的多个第1图像分别对应的、重建处理部的重建坐标系内的被检体像的移动。为了分别基于检测出的移动，对每个体或切片移动重建坐标系的原点。在原点移动后的重建坐标系上，根据X射线检测部的输出重建与多个体或多个切片分别对应的，校正了被检体像的移动的多个第2图像。

在下面的描述中将提出本发明的其它目的和优点，部分内容可以从说明书的描述中变得明显，或者通过实施本发明可以明确上述内容。通过下文中详细指出的手段和组合可以实现和得到本发明的目的和优点。

附图说明

结合在这里并构成说明书的一部分的附图描述本发明当前优选的实施方式，并且与上述的概要说明以及下面的对优选实施方式的详细描述一同用来说明本发明的原理。

图1为涉及本发明的实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。

图2为图1的机架(gantry)以及床的立体图。

图3为表示在本实施方式中，用于床板位置校正处理的扫描区域(三维区域)的图。

图4为表示涉及本实施方式的床板位置校正处理的流程的图。

图5为表示在图4的床板位置检测处理步骤S12中，与在Y方向上对床板区域的CT值进行积分后的积分值相关的X方向的曲线的图。

图6为表示在图4的偏移量测定处理步骤S13中，相对于体(n)的体(n+1)的床板位置的偏移量(shift amount)的图。

图7为图6的补充图。

图8为补充图4的偏移量测定处理步骤S13的具体计算方法的说明的图。

图9为比较并表示关于本实施方式的床板位置校正后的断层图像的Z方向上的连续性与关于床板位置校正前的断层图像的Z方向上的不连续性的图。

图10为表示在图4的偏移量测定处理步骤S13中，切片单位的床板位置的偏移量的图。

具体实施方式

以下，通过优选的实施方式详细说明本发明的X射线计算机断层摄影装置。另外，在X射线计算机断层摄影装置中，具有X射线管与X射线检测器作为一体在被检体的周围进行旋转的旋转/旋转型(ROTATE/ROTATE-TYPE)、固定排列(array)成环状的多个检测元件，仅X射线管在被检体的周围旋转的固定/旋转型(STATIONARY/ROTATE-TYPE)等多种类型，在哪一种类型中都能够应用本发明。在此，作为旋转/旋转型进行说明。另外，为了重建图像数据，需要被检体的周围1周、就是说360°的投影数据，在半扫描方法时也需要180°+扇角的投影数据。不管在哪一种重建方式上都能应用本发明。在此，以360°方法为例进行说明。另外，将入射X射线变换为电荷的结构其主流为在闪烁体(scintillator)等荧光体中将X射线变换为光并且在光电二极管等光电变换元件中将该光变换为电荷的间接变换型、以及利用通过X射线而生成硒等的半导体内的电子空穴对以及其向电极移动即光导电现象的直接变换型。作为检测元件采用哪种方式都可以。另外，近年来，在旋转环上搭载X射线管与X射线检测器的多个对的所谓的多管球型的X射线CT装置逐步产品化，其周边技术的开发正不断地进步。在本发明中，不论是在以往的一管球型的X射线CT装置还是在多管球型的X射线CT装置中都能应用。在此，作为一管球型进行说明。

图1为表示涉及本实施方式的X射线计算机断层摄影装置的结构的图。图2为图1的机架以及床的立体图。床121具有载置被检体的床板120。移动机构122沿着Z轴移动自如地支撑床板120。移动机构122单侧支撑床板120。即，床板120在其一端被支撑，床板120在其另一端不被支撑。床板120的另一端敞开。

在机架100中，收容旋转支撑机构。旋转支撑机构由旋转环102与以Z轴为中心旋转自如地支撑旋转环102的环支撑机构构成。旋转环102搭载X射线管101。X射线管101从高电压产生装置109经由滑环(slip ring)108接受管电压的施加以及管电流的供给，从焦点产生X射线。在X射线管101的X射线放射窗上安装有校准单元118。校准单元118将来自X射线管101的X射线限制为例如四角形。通过校准单元111，X射线被形成为锥束形(角锥形)。

旋转环102搭载X射线检测器103。X射线检测器103隔着Z轴与X射线管101对峙。X射线检测器103具有多个X射线检测元件。典型地单一的X射线检测元件构成单一的通道。多个X射线检测元件被排列成二维状。另外，对多个X射线检测元件被排列成一列的多个X射线检测元件列进行排列。X射线检测器103可能配备有单一的X射线检测元件列。在进行摄影或扫描时，在X射线管101与X射线检测器103之间的圆筒形的摄影区域内插入被检体。

X射线检测器103的输出与一般称为DAS(Data Acq uisitionSystem：数据收集系统)的数据收集电路104连接。在该数据收集电路104中，针对每个通道设置了将X射线检测器103的各通道的电流信号变换为电压的I-V变换器、将该电压信号与X射线的放射周期同步地周期性地进行积分的积分器、放大该积分器的输出信号的放大器、将该前置放大器的输出信号变换为数字信号的模拟-数字变换器。

从数据收集电路104中输出的数据(纯原始数据(pure rawdata))经由使用磁发送接收或光发送接收的非接触数据传送装置105，被传送至前处理部106。前处理部106对该纯原始数据实施前处理。在前处理中，包含例如通道之间的灵敏度不均匀校正处理、校正由X射线强吸收体、主要由金属部引起的极端的信号强度的下降或信号遗漏的处理等。从该前处理部106中输出的重建处理前的数据(称为原始数据(raw data)或投影数据，在此称为投影数据)与表示数据收集时的视角(view angle)的数据相关联地被存储到具备磁盘、光磁盘、或半导体存储器的投影数据存储部112。

另外，投影数据反映在被检体内衰减的X射线的强度。在X射线管101旋转一周的期间重复收集投影数据。将收集投影数据的位置称为视点(view)。与各视点对应的所有通道的一套投影数据称为投影数据组。各视角，将旋转轨道的最上部的位置作为0以360°范围的角度来表示X射线管101以旋转中心轴Z为中心旋转的圆轨道上的各位置。投影数据组的各通道的数据通过视角、锥角(cone angle)、通道编号来识别。

重建处理部114基于在360°或180°+扇角范围内收集的多个投影数据，通过Feldkamp法或锥束重建法(cone beam reconstructionmethod)，重建多个图像(三维图像)。多个三维图像与沿着旋转轴排列的大致圆柱形的多个体分别对应。另外，重建处理部114通过例如扇束重建法(也称为fan beam convolution back projection method：扇束卷积反投影法)，重建与沿着旋转轴排列的大致圆形的多个切片相关的多个图像(二维图像)。Feldkamp法为如锥束那样投影射线相对于重建面交叉时的重建法，以锥角小为前提在卷积时当作扇投影束进行处理，反投影是沿着扫描时的射线进行处理的重建法。锥束重建法为作为比Feldkamp法更能抑制锥角误差的方法依照对于重建面的射线的角度来校正投影数据的重建法。在重建处理中，使用以与实空间坐标系(x、y、z)对应的正交3轴(x、y、z))来表现的重建坐标系。

实际上，与重建坐标系上的各点对应的投影数据根据视角、锥角、通道编号来确定，预先确定这些重建坐标系上的各点和与此对应的投影数据的视角、锥角、通道编号的对应关系从而使其ROM化。通过改变对该ROM的读出控制可以任意改变重建坐标系上的各点和与此对应的投影数据的视角、锥角、通道编号的对应关系，从而实质性地实现重建坐标系的原点移动。

在本实施方式中，基于与多个体或切片分别对应的多个图像的每一个，测定与由床板120的弯曲而产生的多个图像分别对应的、从重建处理部114的重建坐标系内(图像内)的基准位置的被检体像的偏移量。该偏移量取决于离床板支撑位置的距离而增大。偏移量典型地从各图像(第1图像)中提取床板区域，基于根据该提取出的床板区域所识别的床板位置来测定。但是，偏移量也可以识别从图像中提取出的被检体区域与床板区域之间的边界，基于该提取出的边界来测定。另外，偏移量也可以基于从图像中提取出的被检体的、典型地为脊髓区域来测定。在此，对基于床板区域来测定偏移量的情况进行说明。

床板位置检测部113从根据三维图像生成的与横断床板的xy面相关的二维图像(断层图像)中，以包含床板的短轴中心点的规定尺寸来提取局部区域。二维图像的Y轴与床板的弯曲方向对应。床板位置检测部113对局部区域内的所有Y坐标点的每一个，在相当于床板的短轴方向的X轴方向积算CT值。将积算值的在Y轴方向上的变化称为积算值曲线(profile)。床板位置检测部113根据积算值曲线确定最大值，将其Y坐标作为该断面的床板弯曲方向上的床板位置来检测。另外，床板位置也可以被确定为在积算值曲线上表示其中央值((max-min)/2)的位置，或表示规定阈值的位置来代替最大值。

偏移量测定部117作为偏移量测定出在床板位置检测部113中检测出的床板位置与基准位置之间的距离。典型地，沿着与被检体的体轴大致平行的旋转轴离散或连续地扫描相连的多个三维区域时，在从多个三维区域中的与床板支撑位置最接近的特定的三维区域内的二维图像中检测出的床板位置，通过偏移量测定部117来设定基准位置。

偏移量校正部119在主控制器110的控制下，基于在偏移量测定部117中所测定的偏移量，实质性地校正重建坐标系上的原点位置，在重建处理部114中重建三维图像。偏移量校正部119分别基于对每个体或切片测定出的床板的偏移量，对每个体或切片移动重建坐标系的原点，作为与此实质性同等的处理，偏移量校正部119也可以在主控制器110的控制下，基于对每个体或切片测定出的偏移量来改变从投影数据存储部112向重建处理部114的投影数据的读出地址，校正床板位置的偏移量。

图3示出了在本实施方式中进行体扫描的多个体区域(多个三维区域)VS。图4示出了本实施方式的床板位置偏移校正处理方法的步骤。如图3所示，在主控制器110的控制下，X射线管101以及X射线检测器103在被检体的周围连续旋转。在该连续旋转下，一边离散性地改变其位置一边多次重复常规扫描(conventional scan)。常规扫描不同于与X射线管101以及X射线检测器103的连续旋转并行地一边连续移动床板一边重复收集投影数据组的螺旋扫描(helicalscan)，重复床板的移动与停止，在各停止位置至少执行1次至少360°的投影数据组的收集。伴随床板的规定距离移动以及停止间断地重复收集投影数据组。每1次床板的移动距离典型地与在每1次扫描中能够重建的三维区域VS的Z轴方向的宽度一致。此时，多个三维区域VS(1)-VS(4)连续。当然每1次床板的移动距离也可以比三维区域VS的Z轴方向的宽度短，此时，多个三维区域VS(1)-VS(4)一部分重叠(overlap)。另外，每1次床板的移动距离也可以比三维区域VS的Z轴方向的宽度长，此时，多个三维区域VS(1)-VS(4)具有间隙(gaps)。

在此，重复进行该常规扫描所收集到的投影数据组在床板位置校正处理与最终诊断用图像的重建处理中被共用，不需要用于床板位置校正处理的扫描。

当重复进行常规扫描对所有三维区域VS(1)-VS(4)收集所有投影数据组结束时，进行图像重建处理(S11)。在图像重建处理中，通过重建处理部114，对三维区域VS(1)-VS(4)的每一个，通过基于视角360°或180°+扇角范围内的投影数据组典型地通过锥束重建法，如图8所示，重建大致圆柱形的重建范围(与VS1-VS4等价的区域)的三维图像数据(体数据)Volume(1)-Volume(4)。该重建处理在以重建处理部114中既定的正交3轴(x、y、z)来表现的重建坐标系上进行。

分别根据与三维区域VS(1)-VS(4)分别对应的体数据Volume(1)-Volume(4)，通过床板位置检测部113，生成在各三维区域VS(1)-VS(4)内与最接近床板的单侧支撑位置的断面位置相关的二维图像(断层图像)2Ds(1)-2Ds(4)、以及在各三维区域VS(1)-VS(4)内与最远离床板的单侧支撑位置的断面位置相关的二维图像2De(1)-2De(4)。该处理为被称为断面变换处理(MPR)的处理。

在此，上述在S11中，重建体数据Volume(1)-Volume(4)，通过根据Volume(1)-Volume(4)对各体数据进行断面变换处理，生成二维图像2Ds(1)-2Ds(4)、2De(1)-2De(4)，但是在重建处理部114中也可以不重建体数据Volume(1)-Volume(4)，而对各三维区域VS(1)-VS(4)的规定位置的断面，通过扇束重建法或滤波反投影法(Filtered Back Projection)直接重建二维图像2Ds(1)-2Ds(4)、2De(1)-2De(4)。

其次，通过床板位置检测部113，从各二维图像2Ds(1)-2Ds(4)、2De(1)-2De(4)通过阈值处理提取出床板区域，并且，如图5所示，提取包含所提取出的床板区域的短轴中心点的规定尺寸的局部区域。通过床板位置检测部113，对局部区域内的所有Y坐标点分别在相当于床板的短轴方向的X轴方向上积算CT值。图5例示了表示积算值(integral value)的在Y轴方向上的变化的积算值曲线(integralvalue profile)。在床板位置检测部113中，从该积算值曲线确定最大值，并将其Y坐标作为与该断面的床板弯曲方向相关的床板位置Ys1-Ys4、Ye1-Ye4来检测。另外，床板位置也可以被确定为在积算值曲线上表示其中央值((max-min)/2)的位置、或表示规定阈值的位置来代替最大值。

其次，在偏移量测定部117中，作为偏移量测定在床板位置检测部113中检测出的床板位置与基准位置之间的距离(S13)。典型地，如图7所示，将从最接近多个三维区域中的床板支撑位置的特定的三维区域VS(1)内的二维图像2De(1)中检测出的床板位置Ye1设定为基准位置。如图6、图8所示，以三维区域VS(1)的床板位置为基准，测定三维区域VS(2)-VS(4)的床板位置的偏移量。三维区域VS(2)-VS(4)的床板位置的偏移量Cor(2)-Cor(4)如下那样来计算。

Cor(2)＝Ye0-Ys1

Cor(3)＝(Ye1-Ys2)+Cor(2)

Cor(4)＝(Ye2-Ys3)+Cor(3)

即，在相邻的第1、第2三维区域中，通过在初始偏移量Cor(2)上累积性地加上在第1三维区域的后端的床板位置Ye与在第2三维区域的前端的床板位置Ys的偏移量，可以解除或减轻合成各三维区域的XZ面的长轴图像后的合成图像上的床板位置的级差。

基于在偏移量测定部117中测定的偏移量Cor(2)-Cor(4)，在偏移量校正部119中实质性地校正重建处理部114中的重建坐标系上的原点位置，从而在重建处理部114中重建三维图像(S14)。具体而言，基于在偏移量测定部117中测定的偏移量，改变从投影数据存储部112向重建处理部114的投影数据的读出地址以校正床板位置的偏移。

这样通过在各三维区域的前后测定并校正床板位置的偏移，可以根据床板位置校正后的4个三维图像分别生成各三维区域的XZ面的长轴图像，在将它们合成的合成图像上，一边允许各三维区域内的床板的弯曲，一边如图9所示消除或减轻床板位置的级差。

另外，在本实施方式中，并非简单地移动初始重建的三维图像来消除偏移，而是通过重建处理的实质性原点移动再次执行重建处理。在简单地移动初始重建的三维图像时，偏移量比像素间距(体素间距)短时，或者偏移量不是像素间距的整数倍时，位置偏移校正的精度下降，由此存在位置偏移量实质性增加的情况。但是，在本实施方式中，通过实质性地移动重建处理中的原点再次执行重建处理，可以避免上述那样的精度下降。

在以往技术中，存在如下等问题：在抑制物理性弯曲中存在限度，通过增强床板的强度等而对其他造成弊害(伪像、噪音)。另外，考虑到弯曲量由于扫描范围、被拍摄体位置、被拍摄体负荷等各种原因而发生变化，因此可以说不能预先具有校正表等。另外，这些方法存在二次扫描等花费工夫的问题，但是在本实施方式中，解决上述问题，可以消除各CT图像的患者位置偏移，并且减少用户的麻烦。

在上述说明中，对各个体之间的端部测定位置偏移，而且以体单位来校正位置偏移。但是，也可以对各个体之间的中心切片测定位置偏移，以体单位来校正位置偏移。

在上述说明中，测定各个体之间的位置偏移，而且以体单位来校正位置偏移。但是，如图10所示，也可以测定构成体的多个切片之间的位置偏移，以1个切片单位来校正位置偏移。另外，也可以并非以1个切片单位校正位置偏移而是以规定数量的切片单位来校正位置偏移。

另外，在上述中，说明了扫描方法为体扫描的情况，但是本实施方式的偏移校正也可以与螺旋扫描对应。此时，以1个切片单位或规定数量的切片单位来校正位置偏移。

本领域技术人员容易想到其它优点和变更方式。因此，本发明就其更宽的方面而言不限于这里示出和说明的具体细节和代表性的实施方式。因此，在不背离由所附的权利要求书以及其等同物限定的一般发明概念的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (12)

1.一种X射线计算机断层摄影装置，其特征在于包括：

床，具有单侧被支撑的床板；

X射线产生部，产生X射线；

X射线检测部，检测透过了载置在上述床板上的被检体的X射线；

旋转机构，以旋转轴为中心，旋转上述X射线产生部与上述X射线检测部；

重建处理部，根据上述X射线检测部的输出重建与沿着上述旋转轴排列的多个体或多个切片分别对应的多个第1图像；

移动检测部，基于上述多个第1图像，检测与由上述床板的弯曲而产生的上述多个第1图像分别对应的、上述重建处理部的重建坐标系内的被检体像的移动；

控制部，为了分别基于上述检测出的移动对每个上述体或切片移动上述重建坐标系的原点，并在上述原点移动后的重建坐标系上，根据上述X射线检测部的输出重建与上述多个体或上述多个切片分别对应的、校正了上述被检体像的移动的多个第2图像，而控制上述重建处理部。

2.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部基于从上述第1图像中分别提取出的床板区域，检测上述被检体像的移动。

3.根据权利要求2所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

作为上述被检体像的位置，检测在上述床板的短轴方向上对上述提取出的上述床板区域内的像素值进行积分后的积分值表示最大值的位置。

4.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部基于从上述第1图像中分别提取出的被检体区域与床板区域之间的边界，检测上述被检体像的移动。

5.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部基于从上述第1图像中分别提取出的上述被检体的脊髓区域，检测上述被检体像的移动。

6.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述X射线检测部具有排列成二维状的多个X射线检测元件。

7.根据权利要求6所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部使用与上述体各自的两端部对应的多个二维图像，检测上述被检体像的移动。

8.根据权利要求6所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部使用与上述体的中央部对应的至少1张二维图像，检测上述被检体像的移动。

9.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部将上述多个第1图像中最接近上述床板的支撑位置的第1图像的上述被检体像作为基准位置，检测上述移动。

10.根据权利要求1所述的X射线计算机断层摄影装置，其特征在于：

上述移动检测部将上述多个第1图像中位于中央的第1图像的上述被检体像作为基准位置，检测上述移动。

11.一种图像重建处理装置，其特征在于包括：

存储部，存储与涉及被检体的所排列的多个体或多个切片分别对应的投影数据；

重建处理部，基于上述存储的投影数据，重建与上述多个体或多个切片分别对应的多个第1图像；

移动检测部，基于上述多个第1图像，检测与由床板的弯曲而产生的上述多个第1图像分别对应的、上述重建处理部的重建坐标系内的被检体像的移动；

控制部，为了分别基于上述检测出的移动，对每个上述体或切片移动上述重建坐标系的原点，在上述原点移动后的重建坐标系上，根据X射线检测部的输出重建与上述多个体或上述多个切片分别对应的、校正了上述被检体像的移动的多个第2图像而控制上述重建处理部。

12.一种图像重建处理方法，其特征在于：

存储与涉及被检体的所排列的多个体或多个切片分别对应的投影数据，

基于上述存储的投影数据，重建与上述多个体或多个切片分别对应的多个第1图像，

基于上述多个第1图像，检测与由床板的弯曲而产生的上述多个第1图像分别对应的、重建坐标系内的被检体像的移动，

分别基于上述检测出的移动，对上述每个体或切片移动上述重建坐标系的原点，

在上述原点移动后的重建坐标系上，基于上述存储的投影数据，重建与上述多个体或上述多个切片分别对应的、校正了上述被检体像的移动的多个第2图像。

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